生态节能技术及新能源在建筑中的应用

杨 琳

厦门大学嘉庚学院（363105）

0 前言

我国实现2030年碳减排目标的关键就是如何在建筑领域开展建筑节能。一方面建筑行业对于生态节能技术及新能源等的运用，使得建筑能耗总体呈现下降趋势，另一方面，我国相关部门也相应加大了对新建建筑节能标准执行工作的监督与检查力度。基于此，建筑领域应积极推广生态节能技术及利用新能源，做好节能工作，从而提高建筑的能效水平。

1 实施建筑节能的重要意义

1.1 实施建筑节能是经济发展的需求

作为人类赖以生存与发展的重要举措，社会经济的发展与能源的利用息息相关。因此，能源的节约与利用已成为世界关注的重点话题，能源短缺问题上升为制约经济发展的关键因素。建筑领域从一开始的建材生产环节、建筑施工环节直至建筑物投入使用，每一环节都需要消耗大量能源。与传统能源不同的是，新能源作为能够与生态环境相协调的清洁能源，对环境污染较小，具有取之不尽、用之不竭的优势。因此，建筑领域全面推广应用生态节能技术及新能源势在必行。

1.2 实施建筑节能是环境保护的需求

世界对能源的需求量不断增加，现阶段主要应用的不可再生能源包括石油、煤炭、天然气等，在利用过程中二氧化碳、硫化合物等气体的排放量逐步增加，进一步加剧了温室效应及大气污染问题，导致生态环境被破坏。根据现有的能源使用速率来看，不可再生能源面临枯竭的风险。因此，提倡建筑节能可延缓不可再生能源枯竭的速度，对改善生存环境及降低污染物排放量具有积极作用，从而间接改善人类的生活质量[1]。

1.3 实施建筑节能是提高人民生活水平的需求

随着生活水平的不断提升，大家开始追求更为舒适且现代化的建筑生活环境。在这种环境下不可避免地需要消耗大量能源。因此，应在保证人们生活舒适度的基础上，运用先进的节能技术及新能源，降低建筑能耗。

2 可再生能源在建筑中的应用

2.1 太阳能的应用

2.1.1 光伏能源技术

光伏能源技术主要是利用太阳能电池组件采集太阳能资源，将采集的资源运用一定技术手段转换为电能资源，再经过系统中逆变器的操作，将电能资源转化为可供利用的交流电。该技术主要应用于建筑行业的电气节能环节，能够有效地降低传统电能的消耗量，且具有可充电蓄能的优势。该技术的广泛运用，不仅解决了我国部分无电地区居民的用电问题，也在一定程度上改善了日趋严重的环境污染问题，为用户带来了更大的经济效益。

光伏能源技术具体体现为以下几点优势:①利用太阳能资源发电，节约了石油、天然气等不可再生能源，且在发电过程中能够对供电峰值进行自动化调节，具有可控性，保障了电网的安全性与稳定性；②应用过程中，具有经济性、环保性和可持续性等特点，且在白天、夜间均能进行蓄电，从而缩减一定成本；③能源利用效率较之传统技术高。

2.1.2 太阳能制冷系统

太阳能制冷系统是在太阳能系统光能转化为热能的基础上，应用吸收式制冷技术达到制冷的目的。通常情况下，太阳能制冷模式包括蒸汽喷射式制冷、吸收式制冷及压缩式制冷。

蒸汽喷射式制冷系统可充分利用蒸汽喷射设备的抽吸作用，在蒸发器内部形成真空环境，从而在水分蒸发的过程中达到制冷的效果。该系统包含蒸汽喷射设备、蒸发机冷凝器等，在使用过程中需要保证较高的集热温度，因此使用效果有待改善。

吸收式制冷系统依据液体在汽化过程中吸收大量热量的原理达到制冷效果。可选择水作为吸收剂，加入氨水溶液，以此形成较为完善的制冷循环系统。该方法对热能的要求不高，生产成本较低，制现阶段的新建建筑中，广泛应用了具有环保特点的地热空调。早在我国举办北京奥运会时，该项技术已经被应用于提供生活热水及游泳池的加热中。除了能够满足每天较高的热水使用量外，地热能加热的游泳池也能够长时间保持水温的恒定，且在应用过程中不会生成污染物，符合绿色环保及生态可持续发展的要求。

3 生态节能技术在建筑中的应用

传统建筑在设计过程中，并未全面考虑建筑能耗问题，新能源及生态节能技术未得到广泛利用，导致建筑耗能严重，不利于节约能源，保护环境。因此，需要逐步开展已有建筑的改造工作，以达到节能减排的目的。下面以某建筑改造工程为例，从通风、光照及供热等方面分析生态节能技术的应用。

3.1 自然通风与机械通风相结合

经检测，建筑内的污染物颗粒聚集度较大，空气流通性较差，存在有害气体。有害气体主要包括生产生活中未能及时排出的废气、阴暗潮湿环境中产生的次生气体及吸烟等人为制造的烟尘废气等。基于此，设计时应在改善建筑内部通风结构，充分遵循生态、环保的理念，从而达到自然通风的标准。自然通风一般情况下是指一种在风压与热压共同作用下的空气运动。自然通风效果与多种因素有关，如建筑物的方位、朝向等。为了实现更好的通风效果，需要加强排风管及天井对风向的引导，即依靠建筑物预留的通风廊道、孔洞等联通外界环境，借助天井顶部的冷气装置，井口冷却后的空气自动下沉到建筑内部，从而实现自然通风的目的。为达到环保建筑的效果，满足现代高层建筑的需求，还需要借助机械在自然通风力度不够或风力不足的情况下辅助通风，即:有效地依据空气力学，运用机械设备，强行改变风的流向，在建筑内部形成低、中、高三种形式的节能通风。

3.2 自然采光结合机械采光

建筑通常情况下的采光包括自然采光及人工照明两种形式。传统型建筑一般在日间依靠自然采光，夜间利用灯光照明的形式。但在夜间长时间使用灯光，会消耗较多的电能，产生过多的能耗，造成成本增加。因此，在满足日常需求的前提下，可通过改变建筑结构及增设物理采光设计的方式，实现长期采光、节能采光、环保采光的目的。如将建筑物的墙面及梁进行错位设计，创建采光空间，同时安装采光板，结合建筑的实际情况，根据建筑物的结构冷效率较高，符合绝大多数用户需求，应用更为广泛。

压缩式制冷系统，制冷剂在压力、温度的作用下产生沸腾现象（温度小于被冷却物体温度），压缩机吸收蒸发机所产生的蒸汽，以压缩的方式将其与冷凝压力整合后输入冷凝器，此时蒸汽转变为液体。此方法在建筑中的应用受限于造价成本及其对热能的需求。

2.1.3 太阳能建筑

太阳能建筑的主要特征就是被动地利用太阳能，这里的“被动”是指在设计过程中结合建筑物的结构特征，有针对性地收集并利用太阳能。以某太阳能建筑为例，该建筑在设计时为了达到阳光直射到建筑内部的目的，结合建筑顶部及其南侧窗体，同时兼用墙体储能的方式储存更多的太阳能，最终利用建筑内部的热能蓄积能力，实现了对太阳能的高效储存。由此可知，在建筑设计中，对太阳能的应用应建立在科学合理的基础上，选择科学、绿色、适宜的建筑材料，配合设计合理的建筑结构，构建并利用建筑周围良好生态环境，提高内外部结构的契合度，由此完成对太阳能的收集、储存与利用[2]。太阳能建筑能够有机整合太阳能与建筑各自的特点，对于减少建筑能耗具有显著的效果。随着科学技术的发展，太阳能建筑将更趋向于完善性与科学性，并广泛应用于建筑工程中。

2.2 地热能的应用

2.2.1 地热供暖

地热能是来自于地球深处的热能，源于地球熔融岩浆及放射性物质的衰变。地球可视为一个巨大的热能库，内部蕴含着巨大能量。高品位地热能及低品位地热能只是一个相对的概念。在建筑领域，高品位地热能可以直接被利用，但对于土壤、地下水及地表水中蕴藏着的低品位热能，需要输入少量高位电能，使其转变为高品位电能后，也能够被利于建筑领域。因此，在建筑中的采暖、供热及热水供应等系统中直接利用高品位电能是仅次于地热发电的利用方式，其在应用过程中的无污染、经济性能佳、节能、利用便捷等诸多优势受到各国建筑行业关注。对于我国而言，地下热水为建筑供暖并提供生活用热水是京津地区最为常见的地热能利用方式。

2.2.2 地热空调

地热能在应用过程中促进了暖通行业的发展。合理延伸多块采光板，即通过物理光学原理，充分利用自然光，将其引入光照不足的建筑物内部，从而在一定程度上达到节能减排、生态节能的目的。此外，也可以适当采用LED节能灯、冷光灯作为照明灯具，尽量减少建筑能耗。

3.3 科学技术降低空调能耗

除上述利用新能源中的地热能对建筑进行整体供暖，还可以改造暖通空调系统，实现节能减排、降低建筑能耗的目的。暖通空调兼具供暖与通风的特点，发挥了对冷热空气交换、室内保温或降温的作用，应用广泛。随着计算流体力学的不断发展，暖通空调可以根据环境自动选择合适的空调温度或实际负荷，达到降低能耗的目的。现阶段，对采用CFD软件模拟室内气流组织的技术的研究已较为成熟，在应用过程中可达到生态节能的目的，但同时也需要使用者树立绿色环保、节能减排的理念。

3.4 合理配置绿色植物

绿色植物对于建筑而言具有十分重要的地位，能够有效过滤有害气体，改善建筑物周围及内部的被动式通风现状，发挥有利的生态效益。对绿色植物的选择，需要依据植物的生长习惯及建筑物所在地的环境因素加以考虑，如在室内放置仙人掌、绿萝等。在室外进行规划设计时，可以考虑在建筑物周围栽种绿植和树木，起到防尘、防污染等作用，使植物与建筑的不同功能有机结合，最大限度地发挥生态环保建筑的效果。

4 结语

运用生态节能技术及新能源，目的是为了有效缓解能源危机，最大程度减轻环境的污染，降低建筑能耗，促进社会经济的持续发展。因此，在建筑设计过程中，应树立生态建筑理念，充分尊重自然环境，将科学技术、经济效益、生态效益有机结合，将绿色融入建筑设计。